1、课程设计发酵工程学生姓名：学院：生命科学学院系别：生物工程系班 级：学 号：指导教师：日 期： 2012年6月目录1前言41.1液体深层发酵41.1.2分批补料发酵41.1.3连续发酵法41.2连续培养41.2.1 恒浊连续培养41.2.2恒化连续培养42发酵工艺流程53菌种 53.1菌种名称53.2菌种简介 53.2.1菌种形态133.2.2功能特性错误！未定义书签。3.2.3 作用机理53.2.4菌种用途错误！未定义书签。3.3菌种培养参数的选择63.3.1最佳生长时间选择63.3.2最佳接种量的选择错误！未定义书签。3.3.3最佳装液系数的选择错误！未定义书签。3.3.4工艺流程简图84
2、设计依据94.1总体生产规模94.2基本发酵工艺流程94.3发酵工艺设计理论参数94.4菌种的活化94.5种子液制备154.6种子培养94.6.1 一级培养94.6.2二级培养94.6.3三级培养185发酵工艺流程与设备流程设计195.1主发酵罐选定195.2种子罐选定错误！未定义书签。5.2.1二级种子罐错误！未定义书签。5.2.2 一级种子一摇瓶数量型号选择错误！未定义书签。06空气压缩机的选择117锅炉的选择118实际确定的发酵设备选择推算结果参数汇总129 主发酵罐详细尺寸设计129.1机械搅拌通风发酵罐129.1.1通用型发酵的几何尺寸比例129.1.2 罐体129.1.3搅拌器和挡
3、板129.1.4 轴封139.2发酵罐139.2.1发酵罐的选型139.2.2主要尺寸的计算139.2.3冷却面积的计算149.2.4搅拌器计算149.2.5搅拌器功率计算159.2.6设备结构的工艺计算169.2.7设备材料的选择179.2.8发酵管壁厚的计算189.2.9接管设计189.2.10支座选择1910设备流程简图错误！未定义书签。911参考文献201、前言1.1液体深层发酵深层液体培养法也叫液体深层发酵法，它是目前发酵工业上常用的一种发酵方 法。根据操作方法的差异，液体深层发酵法又可以分为分批发酵法、分批补料发 酵法和连续发酵法.连续培养装置的一个主要参数是稀释率(D)，它的定义
4、为：D 二 F/V =流动速率/容积。1.1.1分批发酵法。此法是指一次性地向发酵罐中投入培养液，发酵完毕后， 又一次性地放出原料的发酵方法。放料后再重复投料、灭菌、接种、发酵等过程。 在这一过程中，菌种的生长可分为调整期、对数期、稳定期和衰亡期四个时期。1.1.2分批补料发酵法。此法是指在分批发酵中，间歇或连续补加新鲜培养 基的发酵方法。所补的原料可以是全料，也可以是氮源、碳源等，目的是延长代谢产物的合成时间等。用这种方法生产青霉素，使生产效率提高了 20%。1.1.3连续发酵法。此法是指向发酵罐连续加入培养液的同时，连续放出老 培养液的发酵方法。其优点是设备利用率高、产品质量稳定，便于自动
5、控制等， 缺点是容易污染杂菌。这种技术已用于生产酵母菌菌体、乙醇、乳酸、丙酮 丁醇，以及石油脱蜡、污水处理等.1.2连续培养将微生物置于一定容积的培养基中，经过培养生长，最后一次收获，此称分 批培养(Batch culture)。通过对细菌纯培养生长曲线的分析可知，在分批培养 中，培养料一次加入，不予补充和更换。随着微生物的活跃生长，培养基中营养 物质逐渐消耗，有害代谢产物不断积累，故细菌的对数期不可能长时间维持。如 果在培养器中不断补充新鲜营养物质，并及时不断地以同样速度排出培养物(包 括菌体及代谢产物)，从理论上讲，对数生长期就可无限延长。只要培养液的流 动量能使分裂繁殖增加的新菌数相当于
6、流出的老菌数，就可保证培养器中总菌量 基本不变，此种方法就叫连续培养法。连续培养方法的出现，不仅可随时为微生 物的研究工作提供一定生理状态的实验材料，而且可提高发酵工业的生产效益。 最简单的连续发酵装置包括：培养室、无菌培养基容器以及可自动调节流速(培养基流入，培养物流出)的控制系统，必要时还装有通气、搅拌设备。连续培养装置的一个主要参数是稀释率(D)，它的定义为：D = F/V =流动速率/ 容积1.2.1恒浊连续培养不断调节流速而使细菌培养液浊度保持恒定的连续培养方法叫恒浊连续培养。在 恒浊连续培养中装有浊度计，借光电池检测培养室中的浊度(即菌液浓度)，并根 据光电效应产生的电信号的强弱变
7、化，自动调节新鲜培养基流入和培养物流出培 养室的流速。当培养室中浊度超过预期数值时，流速加快，浊度降低；反之，流 速减慢，浊度增加，以此来维持培养物的某一恒定浊度。如果所用培养基中有过 量的必需营养物，就可使菌体维持最高的生长速率。恒浊连续培养中，细菌生长 速率不仅受流速的控制，也与菌种种类、培养基成分以及培养条件有关。恒浊连续培养，可以不断提供具有一定生理状态的细胞,得到以最高生长速率 进行生长的培养物。在微生物工作中，为了获得大量菌体以及与菌体相平行的代 谢产物时，使用此法具有较好的经济效益。1.2.2恒化连续培养控制恒定的流速，使由于细菌生长而耗去的营养及时得到补充，培养室中营养物 浓度
8、基本恒定，从而保持细菌的恒定生长速率，故称恒化连续培养，又叫恒组成 连续培养。已知营养物浓度对生长有影响，但营养物浓度高时并不影响微生物的 生长速率，只有在营养物浓度低时才影响生长速率，而且在一定的范围内，生长 速率与营养物的浓度成正相关，营养物浓度愈高，则生长速率也高。恒化连续培养的培养基成分中，必须将某种必需的营养物质控制在较低的浓度， 以作为限制因子，而其他营养物均为过量，这样，细菌的生长速率将取决于限制 性因子的浓度随着细菌的生长，限制因子的浓度降低，致使细菌生长速率受到限 制，但同时通过自动控制系统来保持限制因子的恒定流速，不断予以补充，就能 使细菌保持恒定的生长速率。用不同浓度的限
9、制性营养物进行恒化连续培养，可 以得到不同生长速率的培养物。2. 发酵工艺流程保藏枯草芽孢杆菌的菌种一平板划线培养一挑取单菌落一菌种摇 瓶培养一种子扩大培养一主发酵一半成品3菌种简介3.1菌种名称菌种名称：枯草芽孢杆菌拉丁学名 :Bacillus subtilis (Ehrenberg) Cohn3.2菌种简介3.2.1菌体形态枯草芽孢杆菌，是芽孢杆菌属的一种。单个细胞0.70.8x23微米，着色均 匀。无荚膜，周生鞭毛，能运动。革兰氏阳性菌，芽孢).60.9x1.01.5微米， 椭圆到柱状，位于菌体中央或稍偏，芽孢形成后菌体不膨大。菌落表面粗糙不透 明，污白色或微黄色，在液体培养基中生长时，
10、常形成皱醭。需氧菌。可利用蛋 白质、多种糖及淀粉，分解色氨酸形成吲哚。在遗传学研究中应用广泛，对此菌 的嘌吟核苷酸的合成途径与其调节机制研究较清楚。广泛分布在土壤及腐败的有 机物中，易在枯草浸汁中繁殖，故名。3.2.2功能特性1、能调节动物肠道菌群平衡，改善肠道微生态环境，促进动物生长和提高抗 病力。2、在不利环境条件下能以孢子形式存在，在饲料制粒、贮存及胃酸环境中仍 能保持高活性。3、能刺激动物免疫器官的生长发育，激活淋巴细胞，提高免疫球蛋白和抗体 水平，增强细胞免疫和体液免疫功能，提高机体免疫力。4、能自身合成消化性酶类，如蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶和纤维素酶等，与 内源消化酶共同发挥作用，促
11、进养分的消化吸收。文章以一株枯草芽孢杆菌为研 究对象，对其摇瓶发酵培养基及发酵条件进行优化，为其规模化发酵提供依据。3.2.3作用机理1、 枯草芽孢杆菌菌体生长过程中产生的枯草菌素、多粘菌素、制霉菌素、 短杆菌肽等活性物质，这些活性物质对致病菌或内源性感染的条件致病菌 有明显的抑制作用；2、枯草芽孢杆菌迅速消耗环境中的游离氧，造成肠道低氧，促进有益厌 氧菌生长，并产生乳酸等有机酸类，降低肠道 PH值，间接抑制其它致病菌 生长；3、刺激动物免疫器官的生长发育，激活 T、B淋巴细胞，提高免疫球蛋 白和抗体水平，增强细胞免疫和体液免疫功能，提高群体免疫力；4、枯草芽孢杆菌菌体自身合成 a -淀粉酶、
12、蛋白酶、脂肪酶、纤维素酶 等酶类，在消化道中与动物体内的消化酶类一同发挥作用；5、能合成维生素B1、B2、B6、烟酸等多种B族维生素，提高动物体内十 扰素和巨噬细胞的活性。3.2.4菌种用途1、该菌种对特殊菌体进行促芽孢和微胶囊包被处理，在孢子状态下稳定 性好，能耐氧化；耐挤压；耐高温，能长期耐 60C高温，在120C温度 下能存活20分钟；耐酸碱，在酸性胃环境中能保持活性，可以耐唾液和胆汁的攻击，是饲料微生物中可100%直达大小肠的活菌。2、枯草芽孢杆菌以孢子状态进入消化道后，迅速由休眠状态复活，在短 期内繁殖成高含菌量的优势种群，消耗掉肠道内大量氧气，并能产生过氧 化氢、细菌素，建立微生态
13、平衡，促进有益厌氧微生物的繁殖，抑制有害 细菌（大肠杆菌、沙门氏杆菌）的生长，从而预防腹泻、下痢等肠胃道疾 病。3、在快速繁殖过程中，产生大量多种维生素、有机酸、氨基酸、蛋白酶 （特别是碱性蛋白酶）、糖化酶、脂肪酶、淀粉酶，能降解植物性饲料中复杂的有机物，从而促进消化吸收，提高饲料利用率，防止动物消化不良， 出现“饲料便”等状况发生。4、该菌种安全高效，无药残，无毒副作用，能减少抗生素药物的使用， 增强免疫力。同时缓解动物不进食，生长缓慢等不良应激反应状态，恢复 由于用药造成的动物体质下降，提高疫苗抗体水平等综合抗病力。5、除臭驱蝇，减少污染，控制细菌性疾病，能减少粪便中氮、磷、钙的 排泄量，
14、减少粪便臭味及有害气体排放，表现为动物粪便臭味逐步减轻， 减少饲料蛋白质分解为氨气浪费，从而减少环境污染。6、改善肉蛋奶品质，生产“绿色肉”、“农家蛋”、“无抗奶”，本品 通过增强消化吸收功能，充分吸收利用饲料中营养成份及原料的天然色素， 无需添加化学色素苏丹红、加丽素红造成对人体的有害物质及影响畜禽产 品天然食用风味，可媲美家养畜禽肉。能天然增加动物产品着色度和食用 风味，猪只皮肤红润，毛色发亮；肉鸡肉鸭颜色加深；改善蛋壳的质量和 颜色，蛋清厚稠，蛋黄鲜红；水产动物颜色更加健康，无斑点。3.3菌种培养参数的选择3.3.1最佳生长时间的选择由下图可知，发酵培养02 h为枯草芽孢杆菌的生长停滞期
15、细菌数量极少; 自2 h以后进入对数生长期，菌体数量急剧增多；在12 h达到生长高峰期， 812 h为枯草芽孢杆菌生长的稳定期，菌体生长缓慢。自12 h后细菌数量开 始减少，枯草芽孢杆菌进入生长衰亡期。因此，采用812 h时的菌液作为菌 种较合适，此时枯草芽孢杆菌为对数生长末期，既可保持高的细胞活力，又可 获得尽可能多的细胞数。3.3.2最佳接种量的选择分别选取1 %、3 %、5 %、7 %和9 %5个接种量，在摇瓶发酵培养条件 下培养12 h，用稀释平板计数法测其活菌数。由下图可知，枯草芽孢杆菌生长 的最适接种量为3%，在1 %9 %范围内时，接种量对枯草芽孢杆菌活菌数的影 响差异很小。2
16、5接种lit/%m X 一源遂*3.3.3最佳装液系数的选择选取20、40、60、80和100 mL 5个装液量分别测定不同装液量对发酵液 活菌数的影响，在摇瓶发酵培养条件下培养12 h ,用稀释平板计数法测其活菌 数。-JE n宜二o - X 混定01120406080(00装液tf/mL3.3.4工艺流程简图房i声1PH谒节液。0空欠过潇器 通靖养革厩料 m去雀体分离及后处理4设计依据4.1总体生产规模单批次液体深层发酵0.5吨枯草芽孢杆菌的发酵4.2基本发酵工艺流程保藏枯草芽孢杆菌的菌种一平板划线培养一挑取单菌落一菌种摇瓶 培养一种子扩大培养一主发酵一半成品4.3发酵工艺设计理论参数、
17、发酵培养类 型理论接种比 例理想接种比 例理论装液系 数理想装液系 数三角瓶1-10%1-3%8-20%8%发酵罐 1-10%1-3%60-85%60-70%发酵级别理论接种比例理想接种比例发酵液 总量实际接种 比例生产发酵1%-10%3%500L3%二级种子1%-10%3%15L3%一级种子1%-10%3%450mL3%4.4菌种的活化将冷冻保藏管中的菌种在斜面中活化（37C 24h）,并在平板中进行纯化（37C 24h）。4.5种子液制备取一环纯化后的的菌种，放入液体培养基中，置于180r/min中摇床中培养 （37 C 18h）。4.6种子培养4.6.1 一级培养将20mL的种子液接入装
18、有500mL液体培养基三角瓶中，37C, 180r/min培 养 12h。4.6.2二级培养将450mL的一级培养的种子液接入装有20L培养基的30L种子罐中，37C, 180r/min 培养 12h。4.6.3三级培养将15L的二级培养种子液接入装有500L发酵液的800L发酵罐中，180r/min 培养12h。五、发酵工艺流程与设备流程设计五、5.1主发酵罐的选定我所设计的是单批次500L，故根据500L的生产产量，以及发酵罐的理论装液系 数的范围在60%-70%进行生产发酵罐容积的计算，接种量按3%计算。因为考虑到 产品供应的市场的边际收益和成本问题，计算如下：3%X500L=150L
19、500：60%=833.3L500L：70%=714.3L生产发酵罐的选择范围在714.3L-833.3L根据发酵罐的规格，所以选择800L的发酵罐进行生产500L：800L=62.5%此时实际装液率为62.5%5.2种子罐的选定5.2.1二级种子罐根据枯草芽孢杆菌的接种量的理论范围1-10%，以及对理想接种量3%的考虑，同 时考虑二级种子罐的规格大小15LX3%=450mL15L：60%=25L15L：70%=21.4L以及发酵罐的选择范围是21.4L-25L根据种子罐的规格，选择25L的一级种子罐进行生产15L：25L=60%此时实际装液率为60%5.2.2 一级种一一摇瓶数量型号的选择根
20、据枯草芽孢杆菌的接种量的理论范围1-10%，以及对理想接种量3%的考虑，同 时考虑三角瓶的装液系数是8%-20%，理想装液系数是8%。450mLX3%=0.135L=13.5mL450mL：8%=5600mL450mL：20%=2300mL实际的装液量为450mL：5000mL=9%所以三角瓶的总体积在2300mL-5600mL之间 我们选择5000mL这样我们可以选择10个500mL的三角瓶进行培养根据实际操作情况为了避免染杂菌，我们10+2=12个三角瓶进行培养。六空气压缩机的选择根据发酵罐每分钟需氧量来确定空气压缩机的型号。根据转子流量计1:1的比值，按照最大的装液系数70%计算主发酵罐
21、500L每分钟需空气为800LX70%=560L种子罐每分钟需空气的量为（25L+5L）X70%=21L总共需要空气的量为560L+21L=581L所以所选择的空气压缩机应能够供应581L/min的空气量同时考虑空气压缩机本身的使用情况，不能全动力投入使用，需要留一定的 额度，而保证其寿命及生产。空压机的体积流量为0.58ms/min，所以我们选择 0.60ms/min的空压机.又因回转式空压机结构简单易损件少，容易维护，操作， 并且有安装灵活的特点。其气量要求在0.85 ms/min-85 ms/min。故可以采用60 ms/min的空压机。七锅炉的选择锅炉的种类有燃煤锅炉，燃油锅炉，燃气锅
22、炉，根据地方管理的要求，及环境保 护的原则和效益最大化我们选择燃气锅炉。八实际确定的发酵设备选型推算结果参数汇总发酵级别发酵液 总量理论装液系数实际装液率而女必备容量选用设备规格及数量设备型号及厂家一级种子450mL8%-20%9%500mL三角瓶12500ml三角瓶上海鼎国生物技术有限公司二级种子15L60%-70%60%25L发酵罐125L发酵罐上海联环生物工程设备有限公司生产发酵500L60%-70%62.5%800L发酵罐1SDL系列不锈钢多联发酵系统 上海联环生物工程设备有限公司附属设备设备名称容积流量/蒸z&昌 发量型号厂家备注空气压缩机60ms/minSA-75A/W12.3/0
23、8上海复生喷油螺杆回转式空压机卧式1/2吨5000kg/hWNS1.0-WNS上海华征特使用煤气，天燃油/气锅炉/蒸汽锅炉2.0-1种锅炉制诰 有限公司然气九主发酵罐详细尺寸计算9.1机械搅拌通风发酵罐机械搅拌发酵是目前使用最多的一种发酵罐，使用性好、适应性好、放大容 易，从小型直至大型的微生物培养过程都可以应用。缺点：罐内的机械搅拌剪切 力容易损伤娇嫩的细胞，造成某些细胞培养过程减产。9.1.1通用型发酵的几何尺寸比例H/D = 2.5-4公称体积：罐的圆柱体积和底封头体积的和。9.1.2罐体要求罐体设计的使用压力达到0.3MPa以上。小型发酵罐罐顶和罐身用法兰 连接，上设于孔用于清洗和配
24、料。9.1.3搅拌器和挡板搅拌器可以使被搅拌的液体产生轴向流动和径向流动，其作用为混合和传 质，它使通入的空气分散成气泡并与发酵液充分混合，使气泡破碎以增大气一液 界面，获得所需的溶氧速率，并使细胞悬浮分散于发酵体系中，以维持适当的气 一液一固（细胞）三相的混合与质量传递，同时强化传热过程。搅拌叶轮大多采用涡轮式，涡轮式搅拌器的叶片有平叶片、弯叶片、箭叶式 三种。平叶式功率消耗较大，弯叶式较小，箭叶式又次之。涡轮式搅拌器轴向混 合较差，搅拌强度随搅拌轴距离增大而减弱。此外还有其他新型搅拌器：Scaba 搅拌器其叶片的特殊形状消除了叶片后面的气穴，从而使通气功率下降较小，因 此可将电机的设计功率
25、几乎全部用于气-液分散及传质。Prochem轴向流搅拌器， 其通气功率下降较小。Lightnin公司的A315轴向流桨，比较适合高粘度非牛顿 物系。Intermig搅拌器有较低功率准数，通气功率值较小，在黄原胶发酵中有 较好的混合性能，但存在不稳定性问题。挡板：防止液面中央形成漩涡流动，增强其湍流和溶氧传质。挡板的高度自 罐底起至设计的液面高度止。全挡板条件：在搅拌发酵罐中增加挡板或其他附件时，搅拌功率不再增加， 而旋涡基本消失。9.1.4轴封作用：防止泄漏和染菌。端面轴封的作用是靠弹性元件(弹簧、波纹管)的 压力使垂直于轴线的动环和静环光滑表面紧密地相互贴合，并作相对转动而达到 密封。端面轴
26、封的优点：清洁，密封可靠，使用时间长；无死角；摩擦功率耗损 小；轴或套不受磨损；对轴的震动敏感性小。测量系统：传感器系统，用以测量pH、溶氧等，传感器要求能承受灭菌温 度及保持长时间稳定。附属系统：包括视镜、挡板等以观察发酵液的情况或强化发酵液体的混合。9.2发酵罐9.2.1发酵罐的选型选用机械涡轮搅拌通风发酵罐9.2.2主要尺寸的计算：取高径比H： D=2： 16V 总=0.8 m3则有：H=2D；解方程得：V 总=0.758XD2X2D =0.8D=0.799取 D=0.8mH=2D=1.6m；9.2.3冷却面积的计算为了保证发酵在最旺盛、微生物消耗机制最多以及环境气温最高时也能冷却 下来
27、必须按发酵生成热量高峰、一年中最热的半个月的气温下，冷却水可能达 到最高温度的恶劣条件下设计冷却面积。计算冷却面积使用牛顿传热定律公式，即：F = JKAtm发酵过程的热量计算有许多种方法，但在工程计算时更可靠的方法仍然是实 际侧得的每1m3发酵液在每1h传给冷却器的最大热量。枯草芽孢杆菌发酵，每1m3发酵液、每1h传给冷却器的最大热量约为4.18 x 6000好/(m3.h)。本罐采用竖式列管换热器，取经验值K=4.18X500kj/(m2 . h C)At = A - At2mAtlniAt232 C20 C 1232 C26 C6代入t对公称容量0.8 m3的发酵罐，t - At/ t
28、 2 lniAt2换热面积12 - 6=8.656 = 8.7C1 12ln 6F = - = (4.18X6000X0.8) / (4.18X500X8.7) =1.1 m3 KAtm9.2.4搅拌器计算选用六弯叶涡轮搅拌器6。该搅拌器的各部分尺寸与罐径D有一定比例关系搅拌器叶径Di=D/3=0.8/3=0.27m取 d=0.3m叶宽：B=0.2d=0.2X0.3=0.06m孤长：l=0.375d=0.375X0.3=0.11m底距：C=0.5d=0.15m盘踞：di=0.75 d=0.75X0.3=0.225m叶弦长：L=0.25 d =0.25X0.3=0.075m叶距：Y=D=0.8m
29、弯叶板厚：& =12 (mm)9.2.5搅拌轴功率的计算枯草芽孢杆菌菌液，可视为牛顿流体。计算Re D 2 NpRe =一m |Ll式中D搅拌器直径N搅拌器转速D=0.3m95-N = 1.58(尸 / s)60P醪液密度，P=1050 kg/m3U 醪液粘度，U =1.3 X 10-3N - s/m2将数代入上式：Re =0.32X 1.58X 1050/ (1.3X 10-3)=1.1X105 10 4视为湍流，则搅拌功率准数Np=4.7 计算不通气时的搅拌轴功率P :式中Np在湍流搅拌状态时其值为常数4.7N搅拌转速，N=95r/min=1.58r/sD搅拌器直径，D=0.3mP菌液密度
30、P=1050kg/m3u 菌液粘度，u =1.3 X 10-3N - s/m2代入上式:P=47.3KW 计算通风时的轴功率PgP = 2.25 x 10-3 xV Q 0.08(kW )式中P0不通风时搅拌轴功率(kW)，N0轴转速，N=95r/minD搅拌器直径(cm)，D3=0.33X 106=2.4X 103Q通风量(ml/min)，设通风比V/Vm=0.110.18,取低限，如 通风量变大，Pg会小，为安全。现取0.11;则Q = 79.1X0.11X 106=8.7X 106 (ml/min)Qo.08 = (8.7 X 106)o.08=3.57 ml/min代入上式:Pg=0
31、75KW9.2.6设备结构的工艺计算 空气分布器：本罐采用单管进风，风管直径巾108 X 4mm。 挡板：本罐因有扶梯和竖式冷却蛇管，故不设挡板 密封方式：本罐采用双面机械密封方式，处理轴与罐的动静问题。 冷却管布置：采用竖式蛇管7I最高负荷下的耗水量WQ，式中Q总每1m3醪液在发酵最旺盛1h的发热量与醪液总体积的乘积总 Q 总=4.18 X 6000 X 42.96=1.08 X 106kJ/hc冷却水的比热容，4.18kJ/ (kg K)tp冷却水终温，=26t：冷却水初温，t：=20C将各值代入上式W=1.95X 106/4.18X (26-20)=21.6kg/s冷却水体积流量为21
32、6X10-2m3/s，取冷却水在竖直蛇管中的流速为1m/s, 根据流体力学方程式，冷却管总截面积S总为：心W总 v式中W冷却水体积流量，W=21.6X10-2m3/sV冷却水流速，v=1m/s代入上式：进水总管直径:S ,=0.0216/1=0.021602d 总 2=S 总/0.785d 甘二0.166mII冷却管组数和管径：设冷却管总表面积为S总，管径d。，组数为n，则:取n=12，求管径。由上式得：总 d02 = S 总/0.785nd =0.045m查金属材料表选取巾57 X 3.5mm无缝管，d =50mm g=4.62kg/m, d d , 认为可满足要求，d平均二54mm。内内
33、现取竖蛇管圈端部U型弯管曲径为250mm，则两直管距离为500mm，两端弯 管总长度为l0:10 =兀 D = 3.14 x 500 = 1570(mm)III冷却管总长度L计算：由前知冷却管总面积F = 107.1m 2F= 3.14 x0.054 x 1 = 72 )现取无缝钢管巾57 X 3.5mm，每米长冷却面积为则:F 107.1L = = 630mF 0.17冷却管占有体积:V = 0.785 x 0.0572 x 630 = 1.6m 3W每组管长L0和管组高度:L = L =竺=52.5m 0 n 12L = L + 8 = 630 + 8 = 638m实设为静液面高度，下部可
34、伸入封头250mm。设发酵另需连接管8m：可排竖式直蛇管的高度罐内附件占有体积为0.5m3，则：总占有体积为V、=V、+V 管+V、=77.6+1.6+0.5=80 m3 则筒体部分液深为：总液目附件（V、- V ）/S=（44. 36-4）/（0. 78 5 X 33）=5.7m 竖式蛇管总高总 封H 管=5.7+0.25=6.0m又两端弯管总长l0 = 1570mm，两端弯管总高为500 mm，则直管部分高度：h= H -500=6000-500=5500 mm则一圈管长：管l=2h+l =2X5500+1570=12570 mmV每组管子圈数n :00一n0= L0/l =42.8/12
35、6=4 圈现取管间距为2.5D外=2.5x0.057 =0.14（m），竖蛇管与罐壁的最小距离为0.15m，则可计算出搅拌器的距离在允许范围内（不小于200mm）。H.校核布置后冷却管的实际传热面积：F实=司平均 x L实=3.14x 0.054x 638 = 108.17m2 而前有F=107.1m2，F实 F，可满足要求。9.2.7设备材料的选择选用A3钢制作，以降低设备费用。9.2.8发酵罐壁厚的计算计算法确定发酵罐的壁厚SS =单+ C（cm）2 In .Ip - P式中P设计压力，取最高工作压力的1.05倍，现取P=0.4MPaD发酵罐直径，D=80 cm。A3钢的应用应力，。）=
36、127MPa巾焊接缝隙，巾=0.7C壁厚附加量（cm）C = C1 + C 2 + C式中C1钢板负偏差，现取C1=0.8mmC：为腐蚀余量，现取C：=2mmC：加工减薄量，现取C：=0C = 0.8 + 2 + 0 = 2.8(mm )= 0.28(cm)3=0.4X80/ (2X127X0.7-0.4) +0.28=0.46cm 选用10mm厚A钢板制作。3 一封头壁厚计算：标准椭圆封头的厚度计算公式如下：S =单+ C(cm)2 In .Ip - P式中 P=0.4MPaD=80cm。=127MPaC=0.08+0.2+0.1=0.38 (cm)巾=0.70.4 x 802 x 127
37、x 0.7 0.4+ 0.38 = 0.56(cm)9.2.9接管设计 接管的长度h设计：各接管的长度h根据直径大小和有无保温层，一般取 100200mm。 接管直径的确定：按排料管计算：该罐实装醪量0.56m3，设2h之内排空，则物料体积流量Q=0.56/(3600X2)=7.78X 10-5m3 /s发酵醪流速取v=1m/s;则排料管截面积为F物F 物二Q/v=7.78 X 10-5/1 =7.78 X 108F = 0.785d 2物管径：d=10mm取无缝管巾18 X 4mm，认为合适。9.2.10支座选择选用裙式支座10设备流程简图11参考文献1 张克旭.氨基酸发酵工艺学，中国轻工业
38、出版社，1992： 279-280。2 张启先.我国发酵工业发展现伏与对策科技导报，1992 （2）： 44-45。3 高孔荣.发酵设备，中国轻工业出版社，1991： 1-5。4 王旭禹郑超.味精发酵生产工艺及其主要设备，高等函授学报（自然科 学版），1995 （4）： 45-48。5 吴思方.发酵工厂工艺设计概论，中国轻工业出版，1995。6梁世中.生物工程设备，中国轻工业出版社，2002。7 黎润钟.发酵工厂设备，中国轻工业出版社，1991。8 姚玉英.化工原理，天津大学出版社，1999。9 国家医药管理局上海医药设计院，化工工艺设计手册，化学工业出版社， 1996。10 华南工学院，发酵
39、工程与设备，北京轻工业出版社，1981。11 何铭新等.机械制图，高等教育出版社，1997。12 何铭新等.建筑制图 高等教育出版社，1994。13 华东理工大学 浙江大学，生物工程（技术）专业英语，化学工业出版社， 1999。14 许赣荣.发酵生物技术专业英语，中国轻工业出版社，2004。15 英汉生物化学词典，科 学出版社，1983。16 史仲平，潘丰.发酵过程解析、控制与检测技术.北京：化学工业出版 社，200517 .叶勤，发酵过程原理.北京：化学工业出版社，200518 孙彦.生物分离工程.北京：化学工业出版社，199819 王福源.现代食品发酵技术.北京：轻工业出版社，199820 顾国贤.酿造酒工艺学（第二版）.北京：中国轻工业出版社，199621 桂祖发.酒类制造.北京：化学工业出版社，2001
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